package com.spyu.distributed;

import java.util.Random;

/**
 * 雪花算法生成分布式id工具类
 *
 * @author spyu
 * @date 2023-03-08
 */
public class SnowFlakeGen {

    // ============================= 时间戳、数据中心、机器、序列号的位数 ====================================
    /** 开始时间截 (2022-08-10) */
    private final long twepoch = 1660129904936L;

    /** 数据中心id所占的位数 */
    private final long datacenterIdBits = 5L;

    /** 机器id所占的位数 */
    private final long workerIdBits = 5L;

    /** 序列在id中占的位数 */
    private final long sequenceBits = 12L;

    // ============================= 数据中心、机器最大值 ==========================================
    /** 支持的最大机器id值，结果是31 (这个移位算法可以很快的计算出几位二进制数所能表示的最大十进制数) */
    private final long maxWorkerId = -1L ^ (-1L << workerIdBits);

    /** 支持的最大数据中心id值，结果是31 */
    private final long maxDatacenterId = -1L ^ (-1L << datacenterIdBits);

    // =================== 机器id向左移位、数据中心id向左移位、时间截向左移位 ======================================
    /** 机器id向左移12位 */
    private final long workerIdShift = sequenceBits;

    /** 数据中心id向左移17位(12+5) */
    private final long datacenterIdShift = sequenceBits + workerIdBits;

    /** 时间截向左移22位(5+5+12) */
    private final long timestampLeftShift = sequenceBits + workerIdBits + datacenterIdBits;

    // ================================ 序列号掩码 0b11111111111 ============================================
    /** 生成序列的掩码，这里为4095 (0b111111111111=0xfff=4095) */
    private final long sequenceMask = -1L ^ (-1L << sequenceBits);

    // ============================= 时间戳、数据中心、机器、序列号的值 ==========================================
    /** 工作机器id(0~31) */
    private long workerId;

    /** 数据中心id(0~31) */
    private long datacenterId;

    /** 毫秒内序列号(0~4095) */
    private long sequence = 0L;

    /** 上次生成id的时间截 */
    private long lastTimestamp = -1L;

    /**
     * 构造函数
     * @param workerId 机器ID (0~31)
     * @param datacenterId 数据中心ID (0~31)
     */
    public SnowFlakeGen(long workerId, long datacenterId) {
        // 输入的机器id不能超过最大值
        if (workerId > maxWorkerId || workerId < 0) {
            throw new IllegalArgumentException(String.format("worker Id can't be greater than %d or less than 0", maxWorkerId));
        }
        // 输入的数据中心id不能超过最大值
        if (datacenterId > maxDatacenterId || datacenterId < 0) {
            throw new IllegalArgumentException(String.format("datacenter Id can't be greater than %d or less than 0", maxDatacenterId));
        }

        this.workerId = workerId;
        this.datacenterId = datacenterId;
    }


    /**
     * 获得下一个ID (该方法是线程安全的)
     * @return SnowflakeId
     */
    public synchronized long genNextId() {
        // 获取当前的时间戳
        long timestamp = timeGen();

        // 如果当前时间小于上一次ID生成的时间戳，说明系统时钟回退过这个时候应当抛出异常
        if (timestamp < lastTimestamp) {
            throw new RuntimeException(
                    String.format("Clock moved backwards. Refusing to generate id for %d milliseconds", lastTimestamp - timestamp));
        }

        long startValue = randGen();

        // 如果是同一时间生成的，则进行毫秒内序列号
        if (lastTimestamp == timestamp) {
            // sequenceMask ：(0b111111111111=0xfff=4095)
            sequence = (sequence + 1) & sequenceMask;
            /**
             * 同一毫秒+数据中心+机器：序列号最大只有4096
             * 如果超出了，那么就将请求，延时到下一个毫秒
             */
            if (sequence == startValue) {
                //阻塞到下一个毫秒,获得新的时间戳
                timestamp = tilNextMillis(lastTimestamp);
            }
        }
        // 时间戳改变，毫秒内序列号重置，从0L开始
        else {
            sequence = startValue;
        }

        // 重新设置id的时间戳
        lastTimestamp = timestamp;

        //移位并通过或运算拼到一起组成64位的ID
        return ((timestamp - twepoch) << timestampLeftShift)
                | (datacenterId << datacenterIdShift)
                | (workerId << workerIdShift)
                | sequence;
    }

    /**
     * 获得新的时间戳
     * 死循环等待，保证值一定大于上次的时间戳
     * @param lastTimestamp 上次生成ID的时间截
     * @return 当前时间戳
     */
    protected long tilNextMillis(long lastTimestamp) {
        // 基于当前时间生成时间戳
        long timestamp = timeGen();
        // 下次时间，一定要大于上次时间戳
        while (timestamp <= lastTimestamp) {
            timestamp = timeGen();
        }

        return timestamp;
    }

    /**
     * 返回以毫秒为单位的当前时间
     * @return 当前时间(毫秒)
     */
    protected long timeGen() {
        return System.currentTimeMillis();
    }

    /**
     * 生成1-10内的long型随机数
     * @return
     */
    protected long randGen() {
        Random random = new Random();
        Integer randValue = random.nextInt(10);
        long startValue = randValue.longValue();
        return startValue;
    }

}
